(57)【要約】【課題】  二枚の基板を接合してなる触媒反応器を製造するにあたって二枚の基板の接合不良を防止すること。【解決手段】  シリコン基板５４に多段溝５７を形成する。多段溝５７は、幅広の浅い溝５７ａと、浅い溝５７ａの底に形成された幅狭の深い溝５７ｂとからなる。そして、シリコン基板５４にドライフィルムレジスト８５を張り付け、ドライフィルムレジスト８５を露光・現像することによって、ドライフィルムレジスト８５に開口部８５ａを形成する。開口部８５ａは、深い溝５７ｂに重なっている。その後、触媒７０を形成し、ドライフィルムレジスト８５を剥離すると、深い溝５７ｂに触媒７０が残留する。その後、同様にしてガラス基板５３にも多段溝５７と触媒７０を形成する。その後、ガラス基板５３とシリコン基板５４を接合する。【選択図】  図５
2005095829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に、触媒が被膜された触媒溝及び該触媒溝の周縁で触媒溝より浅い深さの周縁溝が形成されている第一基板と、
前記第一基板の前記一方の面に接合された第二基板と、
を備えることを特徴とする触媒反応器。
【請求項２】
第一基板の一方の面に第一の溝を形成するとともに該第一の溝よりも幅の狭い第二の溝を該第一の溝の底に形成する工程と、
前記第二の溝を露出したマスクを前記第一基板の一方の面に形成する工程と、
前記マスクを形成した状態で前記第一基板の一方の面に触媒を形成する工程と、
前記マスクを前記第一基板から剥離する工程と、
前記第一基板の一方の面に第二基板を接合する工程と、を含むことを特徴とする触媒反応器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方の面に溝が形成された第一基板に前記溝を蓋するように第二基板を接合することによってこの溝が流路となり、この流路に触媒が設けられた触媒反応器及び触媒反応器を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として、水素を燃料とする燃料電池が自動車や電子機器等に応用され始めている。燃料電池の燃料源となる水素は取扱いが困難であることから、水素を直接的な燃料源とするのではなく、通常はメタノールを直接的な燃料源として水素を製造（具体的にはメタノールと水とを触媒反応器を用いて反応させて水素を製造）し、その水素から電気エネルギーを生成している。このような燃料電池を小型電子機器の電源として用いる場合には、燃料電池だけでなく触媒反応器も小型化する必要がある。
【０００３】
小型電子機器に用いられる触媒反応器は二枚の基板を接合した構造を有しており、これら基板の接合面にマイクロ流路が形成されている。触媒反応器の製造方法について図９を用いて簡単に説明すると、まず、マイクロ流路となる溝１０１を一方の基板１０２に形成し（図９（ａ）参照）、この溝１０１が露出するようにマスク１０３をその基板１０２の溝１０１が形成された面に施し（図９（ｂ）参照）、その基板１０２の溝１０１が形成された面にマスク１０３を施した状態で触媒１０４を形成する（図９（ｃ）参照）。その後、そのマスク１０３を基板１０２から剥離すると、溝１０１に触媒１０４が残留するが、溝１０１以外の部分には触媒１０４が形成されていない（図９（ｄ）参照）。そして、その基板１０２の溝１０１が形成された面に別の基板１０５を接合すると、溝１０１が別の基板１０５に覆われてマイクロ流路となる（図９（ｅ））。二枚の基板１０２，１０５を接合する方法としては、特許文献１に記載されたような陽極接合方法がある。
【特許文献１】特開２００１−２７４４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、マスク１０３を施した状態で触媒１０４を形成した後に、マスク１０３を剥離すると溝１０１以外の部分では触媒１０４が除去されるが、溝１０１に残留した触媒１０４の一部が溝１０１から突出した状態となる（図９（ｆ）参照）。溝１０１から触媒１０４が突出した状態で二枚の基板１０２，１０５を接合しても、二枚の基板１０２，１０５が密着していないので、溝１０１の周囲で接合不良が生じる。
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決しようとしてなされたものであり、接合不良を防止できる触媒反応器及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明の触媒反応器は、
一方の面に、触媒が被膜された触媒溝及び該触媒溝の周縁で触媒溝より浅い深さの周縁溝が形成されている第一基板と、前記第一基板の前記一方の面に接合された第二基板と、を備える。
【０００６】
請求項１に記載の発明では、第一基板の一方の面に形成された触媒溝に被膜された触媒が形成される際に触媒の一部が触媒溝より突出したとしても、触媒溝の周縁に形成された周縁溝の深さによって一方の面より突出してしまうことが防止できるので、第一基板の一方の面が第二基板と良好に接合されている状態であるので、第一基板と第二基板との間に隙間がなく触媒溝を流れる流体が漏洩することを防止できる。また触媒溝が形成される際に、触媒溝の周縁で基板材料がえぐれるように突出してしまっても、周縁溝によって或いは周縁溝を形成することによって、第一基板の一方の面より上に突出しないようにすることができる。
【０００７】
そして請求項２に記載の発明の触媒反応器の製造方法は、第一基板の一方の面に第一の溝を形成するとともに該第一の溝よりも幅の狭い第二の溝を該第一の溝の底に形成する工程と、前記第二の溝を露出したマスクを前記第一基板の一方の面に形成する工程と、前記マスクを形成した状態で前記第一基板の一方の面に触媒を形成する工程と、前記マスクを前記第一基板から剥離する工程と、前記第一基板の一方の面に第二基板を接合する工程と、を含む。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、第一の溝よりも幅の狭い第二の溝が第一の溝の底に形成されており、第一基板にマスクを形成すると第二の溝が露出するが、第二の溝の周囲（第一の溝の底）がマスクに覆われている。マスクを形成した状態で触媒を形成すると、第二の溝には触媒が形成されるが、第一の溝には触媒が形成されない。そして、マスクを剥離すると、第一の溝に触媒が残留し、第一の溝以外の部分では触媒が残留しない。そして、第一基板と第二基板を接合すれば、触媒反応器を得ることができる。
【０００９】
なお、第一基板に第一の溝と第二の溝を形成する順序はどちらが先でも良い。つまり、第一基板に幅広の第一の溝を形成した後に、その第一の溝の底に幅狭の第二の溝を形成しても良いし、逆に第一基板に幅狭の第二の溝を形成し後に、第二の溝の両縁を拡張するように第二の溝の深さよりも浅く第二の溝の両縁を削除することにより第二の溝を形成しても良い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第一基板の一方の面に形成された触媒溝に被膜された触媒が形成される際に触媒の一部が触媒溝より突出したとしても、触媒溝の周縁に形成された周縁溝の深さによって一方の面より突出してしまうことが防止でき、第一基板と第二基板との間に隙間がなく触媒溝を流れる流体が漏洩することを防止できる。
また第二の溝を露出したマスクを形成した状態で触媒を形成すると、第二の溝には触媒が形成されるが、第一の溝には触媒が形成されないので、その後にマスクを剥離しても、第二の溝に残留した触媒が第一の溝から表面に突出していない。そのため、第一基板と第二基板を密着して接合することができ、二枚の基板の接合不良を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
始めに、本発明を適用して製造された微小のマイクロリアクタと呼ばれる触媒反応器を搭載した発電装置について図１を参照しながら説明する。図１は、発電装置１を一部破断して示した斜視図である。
【００１２】
図１に示す発電装置１は燃料電池（Fuel cell）を用いて発電する燃料電池式発電装置であって、燃料９９を貯蔵する燃料貯蔵モジュール２と、燃料貯蔵モジュール２に貯蔵された燃料９９を用いて発電する発電モジュール３とを備えている。
【００１３】
燃料貯蔵モジュール２はほぼ円筒状の筐体４を有しており、筐体４が発電モジュール３に対して着脱自在に取り付けられている。筐体４の頭頂部には円形の貫通孔５が形成されており、筐体４の外周側には、発電モジュール３で生成された副生成物の水を流通させるための第一排水管６が形成されている。燃料貯蔵モジュール２の底部には、排水用の水を貯留する排水容器７（図２参照）が配されており、排水容器７に上記第一排水管６が接続されている。
【００１４】
筐体４の内部には燃料タンク８が収納されており、燃料タンク８の外周面の一部が筐体４の外部に露出している。燃料タンク８の内部には液体の燃料９９が貯蔵されている。燃料タンク８は、内部空間を有した透明又は半透明なほぼ円筒状の容器であって、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アクリル等の材料から構成されている。燃料貯蔵モジュール２では、燃料タンク８の外周面の一部が筐体４の外部に露出しかつ燃料タンク８が透明又は半透明な容器から構成されているため、燃料タンク８の燃料９９の有無や残量を容易に確認できるようになっている。
【００１５】
燃料９９は、液状の化学燃料と水との混合物であり、化学燃料としてはメタノール、エタノール等のアルコール類やガソリンといった水素元素及び炭素元素を含む化合物が適用可能である。この発電装置１では、燃料９９としてメタノールと水の混合液を用いている。
【００１６】
燃料タンク８の頭頂部には、燃料９９を発電モジュール３に供給するための供給口１０が設けられており、供給口１０が筐体４の貫通孔５に挿入されている。供給口１０の内部には、供給口１０全体を閉塞する閉塞膜１１が配設されている。燃料タンク８の内部には、図１において上下方向に延在する供給管１２が配設されており、供給管１２が供給口１０に挿入されている。供給管１２は、燃料タンク８の底部から供給口１０内の閉塞膜１１のすぐ下にまで延在している。この燃料タンク８は、閉塞膜１１により供給口１０を閉塞することによって、燃料タンク８から外部に燃料９９が漏出することを防止できる構造となっている。
【００１７】
次に、発電モジュール３について説明する。
図１に示す通り、発電モジュール３はほぼ円筒状の筐体３０を有している。筐体３０の内部には、上記燃料タンク８に貯蔵された燃料９９中のメタノールを改質して水素を生成する改質装置４０が配設されている。改質装置４０は、燃料タンク８から供給された燃料９９を蒸発させるための気化器４１と、気化器４１で気化した燃料９９から水素ガスと二酸化炭素ガスを生成するための改質反応器４２と、改質反応器４２から供給された混合気に含まれる一酸化炭素ガス及び水蒸気から二酸化炭素及び水素を生成する水性シフト反応器４３と、水性シフト反応器４３から供給された混合気に含まれる一酸化炭素を酸化させる選択酸化反応器４４と、を備え、気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４をこの順に積み重ねた構造を呈している。
【００１８】
発電モジュール３では、改質装置４０を取り囲むように燃料電池９１が配設されている。燃料電池９１は、Ｐｔ／Ｃ等の触媒微粒子を担持した燃料極（カソード）と、Ｐｔ／Ｒｕ／Ｃ等の触媒微粒子を担持した空気極（アノード）とを有しており、燃料極と空気極との間にフィルム状のイオン伝導膜を介在させた構造を有している。
【００１９】
燃料電池９１の外側であって筐体３０の外周面には、外気中の酸素を吸気するための複数のスリット３１，３１，…が互いに平行に並んだ状態で形成されている。筐体３０の頭頂部には、外部のデバイスに電気エネルギーを供給するための端子３２が配設されており、端子３２の周囲であって筐体３０の頭頂部には、副生成物の二酸化炭素及び水蒸気等を排気するための複数の排気孔３３，３３，…が形成されている。
【００２０】
筐体３０の外周側には第二排水管３４が配設されている。第二排水管３４は、筐体３０の底部から下方に突出し、燃料貯蔵モジュール２の第一排水管６に対応する位置に配されている。第二排水管３４は燃料電池９１で生成された副生成物の水を流通させるためのものであり、燃料電池９１で生成された副生成物の水は第二排水管３４及び第一排水管６を通じて排水容器７へ排水・貯留されるようになっている。
【００２１】
筐体３０の底部であってその中央部には、吸入ニップル部３７が下方に突出するように配設されている。吸入ニップル部３７には、先端から中心線に沿って貫通する流路が形成されている。吸入ニップル部３７は、燃料貯蔵モジュール２の貫通孔５に対応する位置に配されており、燃料タンク８から燃料９９を吸入するためのものである。
【００２２】
上記構成を備える発電装置１において、燃料タンク８を収納した燃料貯蔵モジュール２を発電モジュール３に取り付ける（接続する）と、両モジュール２，３の接続箇所の外周側では、燃料貯蔵モジュール２の第一排水管６が発電モジュール３の第二排水管３４に接続される。これにより、第一排水管６と第二排水管３４とが互いに通じ合い、発電モジュール３の燃料電池９１で生成された副生成物の水を、第二排水管３４から第一排水管６へと流通させて排水容器７に排水可能な状態となる。
【００２３】
一方、両モジュール２，３の接続箇所の中央部では、発電モジュール３の吸入ニップル部３７が燃料貯蔵モジュール２の貫通孔５及び燃料タンク８の供給口１０に挿入され、供給口１０の閉塞膜１１を突き破る。これにより、吸入ニップル部３７が燃料タンク８の供給管１２と通じ合い、燃料タンク８に貯蔵された燃料９９を供給管１２から吸入ニップル部３７へと供給可能な状態となる。
【００２４】
次に、図２を参照しながら発電装置１における発電システムについて詳細に説明する。図２は、発電装置１の発電システムの基本構成を示したブロック図である。
【００２５】
燃料タンク８に貯蔵された燃料９９は、まず気化器４１に供給される。気化器４１では、供給された燃料９９が加熱されて気化（蒸発）し、メタノール及び水（水蒸気）の混合気となって改質反応器４２に供給される。
【００２６】
改質反応器４２では、気化器４１で気化した燃料９９から水素及び二酸化炭素が生成される。具体的には、化学反応式（１）のように、気化器４１で混合気とされたメタノールと水蒸気が反応して二酸化炭素及び水素が生成される。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2  …  （１）
【００２７】
改質反応器４２では、気化器４１で混合気とされたメタノールと水蒸気が完全に二酸化炭素及び水素に改質されない場合もあり、この場合、化学反応式（２）のように、混合気とされたメタノールと水蒸気が反応して二酸化炭素、一酸化炭素及び水蒸気が生成される。
２ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→５Ｈ2＋ＣＯ＋ＣＯ2  …  （２）
改質反応器４２で生成された水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素及び水素は水性シフト反応器４３に供給される。
【００２８】
水性シフト反応器４３では、改質反応器４２から供給された混合気に含まれる一酸化炭素と水蒸気から二酸化炭素及び水素が生成される。具体的には、化学反応式（３）のように、一酸化炭素と水が反応して二酸化炭素及び水素が生成され、生成された二酸化炭素及び水素並びに水性シフト反応器４３において未反応の一酸化炭素、二酸化炭素及び水素は選択酸化反応器４４に供給される。
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2  …  （３）
【００２９】
選択酸化反応器４４では、水性シフト反応器４３から供給された混合気に含まれる一酸化炭素を選択的に酸化させて混合気中から一酸化炭素が除去される。具体的には、水性シフト反応器４３から供給された混合気のなかから特異的に選択された一酸化炭素と、上記各スリット３１を介して取り込まれた空気中の酸素とが反応して二酸化炭素が生成される。
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2  …  （４）
【００３０】
このように、改質装置４０の気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４を経た燃料９９から二酸化炭素と水素が生成される。生成された水素は燃料電池９１に供給され、生成された二酸化炭素は、副生成物として各排気孔３３から外気中に排気される。また、改質装置４０の各反応器を経て生成された水蒸気も、副生成物として各排気孔３３から排気される。
【００３１】
燃料電池９１では、電気化学反応式（５）に示すように、選択酸化反応器４４から供給された水素が、燃料極の触媒微粒子の作用を受けて水素イオンと電子とに分離する。水素イオンはイオン伝導膜を通じて空気極に伝導し、電子は燃料極により取り出される。
３Ｈ2→６Ｈ+＋６ｅ-  …  （５）
【００３２】
燃料電池９１では、上記各スリット３１を介して外気中の酸素が取り込まれ、この酸素が空気極に供給される。そして、電気化学反応式（６）に示すように、外気中から取り込まれた酸素と、イオン伝導膜を通過した水素イオンと、燃料極により取り出された電子とが反応して水が副生成物として生成される。生成された副生成物としての水は、第二排水管３４及び第一排水管６を通じて排水容器７に排水・貯留される。
６Ｈ+＋３／２Ｏ2＋６ｅ-→３Ｈ2Ｏ  …  （６）
【００３３】
以上のように、発電装置１では、燃料電池９１で上記（５），（６）に示す電気化学反応が起こることにより電気エネルギーが生成される。
【００３４】
次に、図３及び図４を参照しながら改質装置４０について説明する。図３は改質装置４０の断面図である。
【００３５】
図３に示す通り、改質装置４０は、気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４をこの順に積み重ねた構造を有している。気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４は何れも、内部にマイクロ流路５６を形成した反応器本体５１と、反応器本体５１及びその内部空間を加熱するために反応器本体５１の外壁に設けられた電熱膜５５と、反応器本体５１及び電熱膜５５を内包した断熱パッケージ４５と、を具備する。
【００３６】
各断熱パッケージ４５はともに、比較的熱伝導率の低いガラス等の断熱材から構成されており、各断熱パッケージ４５の内壁には、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ等で形成された輻射反射膜（図示略）が成膜されている。
【００３７】
輻射反射膜は、赤外線を含む電磁波に対して高い反射率を有しており、各断熱パッケージ４５の内部で発された電磁波を反射するようになっている。したがって気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の何れでも、断熱パッケージ４５に熱がほとんど伝熱されず、断熱パッケージ４５内の熱損失を抑えることができるようになっている。
【００３８】
各断熱パッケージ４５の内部は完全に密閉された空間となっており、その空間は真空とされている。ただし、各断熱パッケージ４５の内部空間に、フッ素を含むメタン若しくはエタンの多ハロゲン化誘導体ガス（フレオン（商品名）ガス）又は炭酸ガスが充填されていても良い。フッ素を含むメタン又はエタンの多ハロゲン化誘導体ガスとしては、トリクロロフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン等がある。
【００３９】
気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の何れでも、断熱パッケージ４５の内壁の入隅には支持体４６，４６，…がそれぞれ配設されている。気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の何れでも、反応器本体５１がこれら支持体４６，４６，…に支持された状態で断熱パッケージ４５の内壁から離れるようにして、断熱パッケージ４５の内側に配設されている。
【００４０】
気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の何れの反応器本体５１も、ガラス基板５３とシリコン基板５４とを互いに重ね合わせて接合した構造を有している。ガラス基板５３は、Ｎａ等を含有したイオン伝導性のガラス製基板である。ガラス基板５３として、パイレックスガラス（商品名）製の基板を用いることができる。シリコン基板５４は半導性のシリコン製基板である。シリコン基板５４はアモルファスシリコンからなる基板であってもよいし、単結晶シリコン、多結晶シリコンといった結晶性シリコンからなる基板であってもよい。
【００４１】
図４（ａ）は、各反応器本体５１のシリコン基板５４の平面図であり、図４（ｂ）は、シリコン基板５４の断面図であり、図４（ｃ）は、シリコン基板５４の底面図である。
図４（ａ）に示す通り、シリコン基板５４の上面（ガラス基板５３との接合面の反対の面）には、葛折り状の電熱膜５５が形成されている。電熱膜５５は、電気抵抗性発熱体，半導体性発熱体等を薄膜状に成膜したものであり、電流が流れたり電圧が印加されたりすることで発熱するものである。
【００４２】
電熱膜５５の両端部には、断熱パッケージ４５を貫通して断熱パッケージ４５の外部にまで延出するリード線（図示略）がそれぞれ接続されており、各リード線を介して電熱膜５５に電気エネルギーが供給されるようになっている。各リード線が断熱パッケージ４５を貫通している箇所は完全に密閉されており、断熱パッケージ４５の内部と外部との間で気体の出入りを遮断する構造になっている。
【００４３】
図４（ｃ）に示す通り、シリコン基板５４の下面（ガラス基板５３との接合面）には、葛折り状の多段溝５７が形成されており、ガラス基板５３のシリコン基板５４との接合面にも、接合面に関してシリコン基板５４の多段溝５７と面対称な葛折り状の多段溝５７が形成されている。図３に示す通り、シリコン基板５４の多段溝５７をガラス基板５３の多段溝５７に相対させて、シリコン基板５４にガラス基板５３を接合することによって、シリコン基板５４の多段溝５７とガラス基板５３の多段溝５７とからなるマイクロ流路５６が形成される。
【００４４】
図４（ｂ）に示す通り、多段溝５７は二段状の溝である。つまり、多段溝５７は、一段目の浅い溝５７ａと、浅い溝５７ａの底面であって浅い溝５７ａの幅方向中央部に形成された二段目の深い溝５７ｂと、からなる。浅い溝５７ａは、深い溝５７ｂよりも幅広である。ここで、溝５７ａ，５７ｂの深浅はシリコン基板５４の表面を基準としており、シリコン基板５４の表面から浅い溝５７ａの底までの深さが、シリコン基板５４の表面から深い溝５７ｂの底までの深さよりも浅い。従って、シリコン基板５４の表面から浅い溝５７ａの底までの深さは、浅い溝５７ａの底から深い溝５７ｂの底までの深さよりも浅くて良いし、逆に深くても良い。浅い溝５７ａの深さは後述する触媒７０が深い溝５７ｂから突出する長さより長く設定されており、好ましくは、５０μｍ〜１２０μｍである。
【００４５】
浅い溝５７ａも深い溝５７ｂもそれぞれ、一端部５６ａから他端部５６ｂにかけて一様の幅を有しながら延在している。図３に示す通り、ガラス基板５３の多段溝５７も、同様に、浅い溝５７ａと、深い溝５７ｂとからなる二段状の溝である。
なお、気化器４１の反応器本体５１については、ガラス基板５３及びシリコン基板５４の溝が二段状の溝でなくても良く、例えば図３に示す通り、断面視したときの形状が弓形状を呈した溝であっても良い。
【００４６】
ここで、図３、図４（ｂ）に示す通り、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４のシリコン基板５４では、触媒７０が多段溝５７のうち深い溝５７ｂの内壁に沿って形成されている。つまり、深い溝５７ｂは、触媒が被膜された触媒溝であり、浅い溝５７ａは、深い溝５７ｂの周縁に形成された溝であってシリコン基板５４の表面を基準として深い溝５７ｂより浅い深さの周縁溝である。改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４のガラス基板５３でも、触媒７０が多段溝５７のうち主に深い溝５７ｂの内壁に沿って形成されている。一方、気化器４１の反応器本体５１では、マイクロ流路５６内に触媒が配されていない。
【００４７】
改質反応器４２の触媒７０は、メタノールと水との混合気を水素と二酸化炭素とに改質する（上記化学反応式（１）参照）触媒である。水性シフト反応器４３の触媒７０は、一酸化炭素及び水の混合気を水素と二酸化炭素とに水性シフトする（上記化学反応式（３）参照）触媒である。選択酸化反応器４４の触媒７０は、一酸化炭素を選択的に酸化する（上記化学反応式（４）参照）触媒である。一例を挙げると、改質反応器４２の触媒７０は、担体としてのアルミナに銅及び亜鉛を担持させたＣｕ／Ｚｎ系触媒（Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒も含む。）であり、選択酸化反応器４４の触媒７０は、担体としてのアルミナに白金を担持させたＰｔ系触媒である。
【００４８】
改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の何れでも、触媒７０が不均一系触媒（固体触媒）である。また、触媒７０はアルミナ、シリカ等の担体に担持させたものでも良い、担体に担持させなくても良い。また、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４間で、各触媒７０は互いに同じ種類の触媒で形成されていてもよいし、異なる種類の触媒で形成されていてもよい。改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の何れにおいても、触媒７０は一種類の触媒で形成されていてもよいし、複数種類の触媒で形成されていてもよいし、マイクロ流路５６内の配置箇所によって触媒の種類が異なっていてもよい。
【００４９】
図３に示す通り、気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の何れでも、流入管６１と流出管６２とが断熱パッケージ４５を貫通した状態で１本ずつ配設されている。
【００５０】
気化器４１の流入管６１は、上記吸入ニップル部３７から反応器本体５１のマイクロ流路５６の一端部５６ａにまで通じており、燃料タンク８に貯蔵された燃料９９が吸入ニップル部３７及び流入管６１を通じてマイクロ流路５６に供給されるようになっている。ただし、気化器４１の流入管６１と吸入ニップル部３７とのあいだにはマイクロポンプ（図示略）が配設されており、マイクロポンプによって気化器４１の流入管６１に流入する燃料９９の流量を調節できるようになっている。気化器４１の流出管６２は、反応器本体５１のマイクロ流路５６の他端部５６ｂから改質反応器４２の流入管６１にまで通じている。
【００５１】
改質反応器４２の流入管６１は、気化器４１の流出管６２から反応器本体５１のマイクロ流路５６の一端部５６ａにまで通じている。改質反応器４２の流出管６２は、反応器本体５１のマイクロ流路５６の他端部５６ｂから水性シフト反応器４３の流入管６１にまで通じている。
【００５２】
水性シフト反応器４３の流入管６１は、改質反応器４２の流出管６２から反応器本体５１のマイクロ流路５６の一端部５６ａにまで通じている。水性シフト反応器４３の流出管６２は、反応器本体５１のマイクロ流路５６の他端部５６ｂから選択酸化反応器４４の流入管６１にまで通じている。
【００５３】
選択酸化反応器４４の流入管６１は、水性シフト反応器４３の流出管６２から反応器本体５１のマイクロ流路５６の一端部５６ａにまで通じている。選択酸化反応器４４の流出管６２は、反応器本体５１のマイクロ流路５６の一端部５６ａから燃料電池９１の燃料極に通じている。なお、燃料電池９１の燃料極は管によって上記排気孔３３，３３，…に通じている。
【００５４】
図３に示す通り、選択酸化反応器４４の反応器本体５１のマイクロ流路５６には空気流入管６３が通じている。空気流入管６３は、断熱パッケージ４５を貫通した状態でマイクロ流路５６の一端部５６ａから上記スリット３１，３１，…（図１参照）にまで通じており、空気が各スリット３１及び空気流入管６３を介してマイクロ流路５６の一端部に供給されるようになっている。
【００５５】
次に、図５を用いて、気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の製造方法について説明するが、このうち改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４に本発明の触媒反応器製造方法を適用する。ここで、図５は、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の製造方法を経時的に示した図面である。
【００５６】
まず、気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４のそれぞれについて、両面が平坦である正方形状又は矩形状のガラス基板５３及びシリコン基板５４を準備する。シリコン基板５４の一方の面に、平面視して葛折り状の多段溝５７を形成する（図５（ａ）参照）。多段溝５７を形成するには、図６〜図８の何れかに示すような方法で行う。以下、多段溝５７を形成する方法について説明する。
【００５７】
図６に示す方法では、まずシリコン基板５４の一方の面にフォトリソグラフィー法によってマスク（レジスト）を施すが、マスクによって覆われていない部分つまりシリコン基板５４の一方の面で露出した部分の形状は葛折り状とされており、その幅は深い溝５７ｂの幅とほぼ同じとする。マスクを形成するにあたっては、ドライフィルムレジストをシリコン基板５４の一方の面に張り付けてドライフィルムレジストを露光・現像しても良いし、液状の感光性樹脂をコーティングしてコーティングした感光性樹脂を露光・現像しても良い。
【００５８】
その後、エッチング液（酢酸で希釈したフッ酸）でシリコン基板５４の一方の面に対してエッチングを行うことによって、シリコン基板５４の一方の面の露出した部分が除去され、葛折り状の深い溝５７ｂが形成される。なお、エッチング法ではなくサンドブラスト法を行い、シリコン基板５４の一方の面の露出した部分を除去することによって、深い溝５７ｂを形成しても良い。深い溝５７ｂを形成した後、マスクを剥離液（除去液）で剥離する（図６（ａ）参照）。
【００５９】
次に、深い溝５７ｂを形成した面全体にドライフィルムレジスト８１を張り付け（図６（ｂ）参照）、ドライフィルムレジスト８１を露光・現像することによって深い溝５７ｂよりも幅広であって平面視して葛折り状の開口部８１ａを深い溝５７ｂに沿って形成する（図６（ｃ）参照）。なお、液状の感光性樹脂をコーティングし、感光性樹脂を露光・現像することによって、開口部８１ａを有した感光性樹脂のマスクを形成しても良い。
【００６０】
そして、エッチング液（酢酸で希釈したフッ酸）でシリコン基板５４の一方の面に対してエッチングを行うことによって、深い溝５７ｂが更に深くなり、深い溝５７ｂの縁も除去されることで浅い溝５７ａが形成される（図６（ｄ）参照）。ここで、エッチング速度は、１０〜１００ｎｍ／ｍｉｎに制御する。また図６（ａ）で深い溝５７ｂを形成する際にサンドブラスト法を行うと、深い溝５７ｂの周縁にシリコン基板５４のシリコンが上方に向かってえぐれた突出部が生じることがあるが、この部分には浅い溝５７ａが形成されるのでえぐれた突出部は消失してしまう。以上により、浅い溝５７ａと、深い溝５７ｂとからなる多段溝５７が形成され、その後、ドライフィルムレジスト８１を剥離液で剥離する（図５（ａ）参照）。
【００６１】
図７に示す方法では、図６の方法と同様に、まずシリコン基板５４の一方の面に深い溝５７ｂを形成し、深い溝５７ｂを形成した面全体にドライフィルムレジスト８２を張り付ける（図７（ａ）参照）。そして、ドライフィルムレジスト８２を露光・現像することによって、平面視して深い溝５７ｂに合致した形状の開口部８２ａを深い溝５７ｂに重ねて形成する（図７（ｂ）参照）。
【００６２】
そして、シリコン基板５４をサンドブラスト装置にセッティングし、シリコン基板５４の深い溝５７ｂが形成された面にアルミニウム等の粉末を吹き付ける（サンドブラスト法）。ここで、粉末を吹き付ける方向は、シリコン基板５４の深い溝５７ｂが形成された面の法線に対して１０°傾ける（図７（ｃ）参照）。これにより、深い溝５７ｂの一方の縁が削られる。ここで、４００ｍｅｓｈのアルミニウム粉末を用いて０．２５ＭＰａの投射圧力で吹き付けると、１ショットで深い溝５７ｂの縁を十分の深さに削ることができる。同様に、シリコン基板５４の深い溝５７ｂが形成された面の法線を逆に１０°傾けて、粉末をシリコン基板５４に吹き付けることによって、深い溝５７ｂの他方の縁が削られる（図７（ｄ）参照）。また図７（ａ）で深い溝５７ｂを形成する際にサンドブラスト法を行うと、深い溝５７ｂの周縁にシリコン基板５４のシリコンが上方に向かってえぐれた突出部が生じることがあるが、この部分には浅い溝５７ａが形成されるのでえぐれた突出部は消失してしまう。以上のようにサンドブラスト法を二回行うことによって、深い溝５７ｂの両方の縁が削られ、深い溝５７ｂの周囲に浅い溝５７ａを形成することができる。浅い溝５７ａと、深い溝５７ｂとからなる多段溝５７を形成したら、ドライフィルムレジスト８２を剥離液で剥離する（図５（ａ）参照）。
【００６３】
図８に示す方法では、ドライフィルムレジスト８３をシリコン基板５４の一方の面に張り付け（図８（ａ）参照）、そのドライフィルムレジスト８３を露光・現像する（図８（ｂ））。ここで、露光・現像によりドライフィルムレジスト８３によって覆われていない部分つまりシリコン基板５４の一方の面で露出した部分の形状は葛折り状とされており、その幅は浅い溝５７ａの幅とほぼ同じとする。その後、アルミニウム等の粉末をシリコン基板５４の一方の面に吹き付けることによって（サンドブラスト法）、シリコン基板５４の一方の面の露出した部分を除去し、葛折り状の浅い溝５７ａを形成する（図８（ｃ）参照）。その後、ドライフィルムレジスト８３を剥離液で剥離する（図８（ｄ）参照）。
【００６４】
次に、浅い溝５７ａを形成した面全体にドライフィルムレジスト８４を張り付け（図８（ｅ）参照）、ドライフィルムレジスト８４を露光・現像することによって浅い溝５７ａよりも幅狭であって平面視して葛折り状の開口部８４ａを浅い溝５７ａに沿って形成する（図８（ｆ）参照）。そして、シリコン基板５４をサンドブラスト装置にセッティングし、シリコン基板５４の浅い溝５７ａが形成された面にアルミニウム等の粉末を吹き付ける（サンドブラスト法）。ここで、粉末を吹き付ける方向は、シリコン基板５４の浅い溝５７ａが形成された面に対して垂直とする。これにより、浅い溝５７ａの底面であって幅方向中央部が削られ、葛折り状の深い溝５７ｂが形成される（図８（ｇ）参照）。浅い溝５７ａと、深い溝５７ｂとからなる多段溝５７を形成したら、ドライフィルムレジスト８４を剥離液で剥離する（図５（ａ）参照）。ここで深い溝５７ｂを形成する際に、深い溝５７ｂの周縁にシリコン基板５４のシリコンが上方に向かってえぐれた突出部が生じることがあるが、この突出部の高さは浅い溝５７ａの深さより十分短くなるように浅い溝５７ａの深さを設定しているので突出部が対向する基板と接することはない。
【００６５】
以上のようにシリコン基板５４に多段溝５７を形成した後、図５（ｂ）に示すように、多段溝５７を形成した面全体にドライフィルムレジスト８５を張り付ける。そして、ドライフィルムレジスト８５を露光・現像することによって浅い溝５７ａよりも幅狭であって平面視して葛折り状の開口部８５ａを深い溝５７ｂに沿って形成する（図８（ｃ）参照）。ここで、開口部８５ａは、平面視して、深い溝５７ｂに合致した形状であって深い溝５７ｂに重なっており、深い溝５７ｂが、開口部８５ａで露出している。この残留したドライフィルムレジスト８５がマスクとなる。
【００６６】
次に、シリコン基板５４の多段溝５７を形成した面に触媒７０を形成する（図５（ｄ）参照）。ここで、シリコン基板５４の多段溝５７を形成した面が部分的にドライフィルムレジスト８５によって覆われているので、多段溝５７の壁面のうち深い溝５７ｂの壁面に触媒７０が形成され、浅い溝５７ａの壁面特に浅い溝５７ａの縁とドライフィルムレジスト８５との接触部分には触媒７０が形成されない。触媒７０を形成する方法としては、（１）触媒微粒子を分散媒に分散させた触媒分散液を、シリコン基板５４の多段溝５７を形成した面に塗布してコーティングする方法、（２）シリコン基板５４の多段溝５７を形成した面にゾルゲル法により担体膜（アルミナ、シリカ等）を形成した後、その担体膜に触媒を吸着させる方法、（３）シリコン基板５４の多段溝５７を形成した面にゾルゲル法により担体膜（アルミナ、シリカ等）を形成した後、触媒微粒子を分散媒に分散させた触媒分散液を、シリコン基板５４の多段溝５７を形成した面に塗布することによって触媒微粒子を担体膜に担持させる方法、（４）スパッタリング法、ＰＶＤ法等により触媒の膜を成膜する方法がある。
【００６７】
（３）の方法について更に詳細に説明する。まず、アルミニウムイソプロポキシドを水に溶かし、濃度０．１〜２ｍｏｌ／ｌのアルミニウムイソプロポキシド水溶液を調製する。次に、調製した水溶液を加熱すると水溶液中で加水分解が起こり、水酸化アルミニウムの微粒子とイソプロピルアルコールに分解してゾルが得られる。ここで、加熱温度及びその加熱温度の保持時間に応じて水酸化アルミニウムの粒子径を調製することができるが、溶液を８０℃で２４時間保持すると、１０ｎｍ程度の水酸化アルミニウムの粒子径を得ることができる。そして、発生したイソプロピルアルコールを十分に揮発させた後、水酸化アルミニウム粒子の成長を止めるために安定剤をゾルに投入する。使用する安定剤としては酸又はアルカリで良いが、水酸化アルミニウム１ｍｏｌに対して０．１ｍｏｌの硝酸を投入することによって、水酸化アルミニウム粒子の成長が止まる。このように調製したゾルを室温まで冷却し、多段溝５７が形成されたシリコン基板５４（ドライフィルムレジスト８５が形成され、ドライフィルムレジスト８５に開口部８５ａが形成されている。）をゾルに浸漬する（ディップコート法）。そして、ゾルからシリコン基板５４を引き上げた後に、酸素が存在する雰囲気（大気）中でそのシリコン基板５４を３６０℃に焼成することにより、γ−アルミナの前駆体であるベーマイト膜が担体膜として深い溝５７ｂの壁面及びドライフィルムレジスト８５上に形成される。次に、触媒分散液にシリコン基板５４を浸漬する（ディップコート法）と、触媒が担体膜に担持される。以上により、触媒７０が形成される。なお、ゾルや触媒分散液をシリコン基板５４の多段溝５７が形成された面にコーティングする方法は、ディップコート法でなく、スピンコート法、その他の塗布法であっても良い。
【００６８】
触媒７０を形成したら、剥離液を用いずに機械的にドライフィルムレジスト８５をシリコン基板５４から剥離する（図５（ｅ）参照）。触媒７０が浅い溝５７ａの縁に形成されていない状態でドライフィルムレジスト８５を剥離するので、多段溝５７に残留した触媒７０がシリコン基板５４の表面から突出した状態となっていない。その後、シリコン基板５４の多段溝５７が形成された面に酸素プラズマを照射することによって、その面に残留したドライフィルムレジスト８５の滓を除去する。
【００６９】
一方、ガラス基板５３についても、図５（ａ）〜（ｅ）、図６〜図８を用いて説明した方法と同様に、多段溝５７を形成した後に、ドライフィルムレジスト８５でマスクをした状態で触媒７０を形成する。但し、ガラス基板５３に対してエッチングを行う際には、フッ酸をフッ化アンモニウムで希釈した緩衝ＨＦ液をエッチング液として用いる。
【００７０】
シリコン基板５４及びガラス基板５３の両方に多段溝５７及び触媒７０を形成したら、シリコン基板５４の他方の面（多段溝５７が形成されていない面）に葛折り状の電熱膜５５を成膜する。電熱膜５５を成膜したら、シリコン基板５４の多段溝５７とガラス基板５３の多段溝５７を相対向させ、シリコン基板５４の多段溝５７を形成した面とガラス基板５３の多段溝５７を形成した面を貼り合わせ、４００〜６００℃程度の高温環境下においてシリコン基板５４側が陽極でガラス基板５３側が陰極となるように１ｋＶ程度の電圧を印加し、ガラス基板５３とシリコン基板５４とを陽極接合する（図５（ｆ）参照）。マスクであるドライフィルムレジスト８５を剥離した際に、深い溝５７ｂに残留した触媒７０がシリコン基板５４の表面に突出していないので、シリコン基板５４とガラス基板５３を密着して接合することができ、二枚の基板５３，５４の接合不良を防止することができる。
なお、シリコン基板５４とガラス基板５３の両方に多段溝５７及び触媒７０を形成したが、どちらか一方に多段溝５７及び触媒７０を形成するだけでも良い。
【００７１】
以上により、反応器本体５１が完成する。なお、気化器４１の反応器本体５１については、触媒７０を形成しないで、ガラス基板５３とシリコン基板５４とを陽極接合することで完成する。
【００７２】
次いで、気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４それぞれについて、反応器本体５１のマイクロ流路５６に流入管６１及び流出管６２を接続し、更に電熱膜５５にリード線を接続する。選択酸化反応器４４については、マイクロ流路５６に空気流入管６３も接続する。その後、流入管６１、流出管６２及びリード線が断熱パッケージ４５の内部から外部に延出するように反応器本体５１を断熱パッケージ４５でパッケージングすると、気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４が完成する。次いで、気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４を順に積み重ねて、気化器４１の流出管６２を改質反応器４２の流入管６１に接続し、改質反応器４２の流出管６２を水性シフト反応器４３の流入管６１に接続し、水性シフト反応器４３の流出管６２を選択酸化反応器４４の流入管６１に接続する。以上により改質装置４０が完成する。この改質装置４０、筐体３０、燃料電池９１等をアセンブリーすれば、発電モジュール３が完成する。
【００７３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計の変更をおこなっても良い。
【００７４】
上記実施形態では本発明の方法で製造された触媒反応器を改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４に適用した場合を例に挙げて説明したが、触媒反応を行うための他の反応器、例えば燃料と酸素を酸化させて燃焼させる触媒燃焼器に適用しても良い。
【００７５】
また、上記実施形態では電熱膜５５をシリコン基板５４に形成したが、ガラス基板５３に形成しても良い。特に、シリコン基板５４とガラス基板５３のうちの一方にのみ多段溝５７を形成した場合、接合面に関して多段溝５７と面対称な平面形状を呈した葛折り状の電熱膜を他方の基板に形成しても良い。この場合には、シリコン基板５４とガラス基板５３を接合すると、マイクロ流路５６に電熱膜が露出した状態となる。
【００７６】
また、上記実施形態ではシリコン基板５４とガラス基板５３の接合方法を陽極接合法としたが、例えば接着剤を用いて接着する等といった別の接合方法であっても良い。
【００７７】
また、上記実施形態では接合する二枚の基板をシリコン基板５４とガラス基板５３としたが、両方がシリコン基板であっても良いし、両方がガラス基板５３であっても良い。更には、接合する二枚の基板にポリカーボネート等の耐熱性のある樹脂基板を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】発電装置を一部破断して示した斜視図である。
【図２】発電装置の発電システムの基本構成を示したブロック図である。
【図３】改質装置の断面図である。
【図４】各反応器本体のシリコン基板を示した図面である。
【図５】反応器本体の製造方法を経時的に示した図面である。
【図６】基板に多段溝を形成する方法を経時的に示した図面である。
【図７】図６とは別の方法を経時的に示した図面である。
【図８】図６、図７とは別の方法を経時的に示した図面である。
【図９】従来の触媒反応器の製造方法を経時的に示した図面である。
【符号の説明】
【００７９】
１  …  発電装置
２  …  燃料貯蔵モジュール
３  …  発電モジュール
４０  …  改質装置
４２  …  改質反応器（触媒反応器）
４３  …  水性シフト反応器（触媒反応器）
４４  …  選択酸化反応器（触媒反応器）
５１  …  反応器本体
５３  …  ガラス基板（第二基板）
５４  …  シリコン基板（第一基板）
５６  …  マイクロ流路
５７  …  多段溝
５７ａ  …  浅い溝（第一の溝）
５７ｂ  …  深い溝（第二の溝）
７０  …  触媒
８５  …  ドライフィルムレジスト（マスク）
【図１】
2005095829.tif 000003
【図２】
2005095829.tif 000004
【図３】
2005095829.tif 000005
【図４】
2005095829.tif 000006
【図５】
2005095829.tif 000007
【図６】
2005095829.tif 000008
【図７】
2005095829.tif 000009
【図８】
2005095829.tif 000010
【図９】
2005095829.tif 000011